基于SDN的光突发网络调度机制

摘要

伴随云计算、大数据和不同类型网络应用的出现，电交换网络已经不能够满足日益增长的带宽需求。全光网络有着低功耗、高容量、灵活性和快速性等优势，可以满足增长的网络带宽需求，更能满足不同网络业务的需求，其中光突发交换（Optical Burst Switching，OBS）可以在全光处理和光缓存技术尚未成熟的今天较为充分的发挥光网络的优势。目前，商业IP层和光层网络的操作和管理相互分离使得网络运营商迫切需要去寻找一个统一控制平面（Unified Control Plane，UCP），以减少其资金成本和操作成本。在基于分布式控制平面的UCP中，各个节点之间路由和信息交互十分复杂且不稳定。
　　软件定义网络（Software-defined Networking，SDN）有着灵活、可编程和集中式控制等多项优势，被认为可为未来的光网络提供一个理想的集中式控制UCP。目前，基于SDN的OBS（SDN-based OBS,S-OBS）网络调度机制会造成控制器需要在短时间内处理大量的数据包，也使得网络资源利用低下。本文通过研究S-OBS网络调度机制及其资源调度算法，达到进一步提高网络性能的目的。
　　本文的研究工作主要包括S-OBS网络调度机制和资源预约算法。针对S-OBS网络调度机制的不足，提出基于突发包流的调度机制（Burst-Flow Scheduling Mechanism，BFSM），解决控制器和OBS节点之间交互过于频繁的问题，从而降低对控制器的性能需求，其中控制器性能主要根据控制器在单位时间内响应消息数目和控制器平均响应每个消息的时延来评价。BFSM机制首先在源节点缓存多个突发包来组装突发包流，接着通过向控制器发送一个Packet-In消息实现为整个突发包流请求一个端到端的光虚拟链路。仿真实验结果表明，与当前的S-OBS网络调度机制相比较，BFSM机制可以降低控制器单位时间内处理消息的数目和控制器响应每个消息的处理时延，从而降低对控制器的性能需求和与控制器相连链路的带宽占用，提高网路资源利用率。
　　此外，针对基于BFSM的资源调度，本文研究基于BFSM的资源调度算法（Reservation with More Channel Usage，RMCU）。RMCU首先选用可用资源最多的信道作为传输信道，并且对未分配完的资源进行回收和再次分配，最后保证所有链路上预约信息的一致性，避免资源的浪费。仿真数据表明，RMCU算法能较好地为突发包流预约资源，并有效控制网络丢包情况。
　　本文的工作得到国家自然科学基金项目“数据中心内及多个数据中心间光交换网络关键技术研究”（No.61103248）资助。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容与创新点

1.4 论文组织结构

第2章 基于SDN的OBS网络及其关键技术

2.1 SDN和OpenFlow概述

2.2 SDN控制器及性能指标

2.3 基于SDN的OBS网络调度机制

2.4 本章小结

第3章 基于SDN的OBS网络流调度机制

3.1 基于BFSM的关键问题

3.2 BFSM机制的工作流程

3.3 基于BFSM的资源调度算法

3.4 算法描述示例

3.5 本章小结

第4章 仿真平台和结果分析

4.1 仿真环境和仿真平台

4.2 仿真场景和仿真结果分析

4.3 本章小结

第5章 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间论文发表情况

附录B 研究生期间的工作

附录C 英文缩写词列表